[發明專利]零陽極電位氫擴散陽極的制備方法

無效

• 申請號: 200910094687.9
• 申請日: 2009-07-02
• 公開（公告）號: CN101608323A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 張家濤;沈鑫遠;魏昶;樊剛
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C25C7/02
• 分類號: C25C7/02
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司
• 代理人: 趙 云

技術領域

本發明涉及一種制備零陽極電位氫擴散陽極的方法，屬于材料制備技術領 域。

背景技術

用電解沉積的方法從水溶液中提取金屬時，例如從H₂SO₄-MeSO₄-H₂O體 系中提取鋅、銅、錳、鎳等，一般采用合金作(如Pb-0.5～1％，Ag和Pb-4～ 12％，Sn等)為不可溶陽極，其陽極反應是析氧過程，該過程的能耗占電積總電 耗的45～55％。如果陽極電極電位降低到零電位，則電積過程將節能45～55％。

以濕法煉鋅為例，電積工序中如以新型零陽極電位陽極-氫擴散陽極(HDA) 替代傳統合金(Pb-Ag)陽極，可將析氧陽極反應改變為氫的氧化溶解反應，即陽 極反應由2H₂O-4e＝O₂↑+4H⁺，EO2/OH-θ=1.23V]]>變為H₂-2e＝2H⁺，E^θ＝0.00V，使 電積總反應由Zn²⁺+H₂O＝Zn⁰↓+2H⁺+1/2O₂↑，E^θ＝-1.992V改變為Zn²⁺+H₂→Zn⁰↓+2H⁺，E^θ-0.763V；同時不存在傳統陽極導致的O₂超電位(0.5V)。由此， 用氫擴散陽極代替普通陽極可使整個槽電壓降低1.83V。硫酸水溶液體系下提取 鋅，其槽電壓一般為3.2V左右，故新型陽極可降低電積能耗57％，又由于電積 工序占整個濕法煉鋅能耗的85％，所以新型陽極的使用可最終可使濕法煉鋅能耗 降低48％左右。以零陽極電位氫擴散陽極替代傳統合金陽極，其節能意義重大。

當前國內外氫擴散陽極一般采用多層層疊結構，陽極材料為石墨纖維編織 成的炭布，其上浸涂一層貴金屬催化劑層，催化劑層之外再涂一層防滲透層， 防滲透層之外再用帶微孔的特殊膜覆蓋，最后將炭布用樹脂粘接在Pb-Ag合金 板(或不銹鋼板)基底材料上。上述層疊型氫擴散陽極由于結構特點所限，將催化 層涂覆于炭布上，因而貴金屬催化層(Pt催化層占陽極材料成本的90％以上)不能 重復使用，導致陽極成本昂貴。降低陽極材料使用成本，是零陽極電位氫擴散 陽極能否在濕法冶金工業中規模化應用的關鍵因素之一。開發一種工藝簡單、 成本低且性能穩定、滿足生產要求的新型陽極，其意義重大。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備零陽極電位氫擴散陽極的新方法，具有制備 工藝簡單、催化層可重復使用、制備成本低，微孔可調、陽極理化性能穩定、 可靠的優點。

本發明的技術方案是：陽極由多孔碳層、氣體擴散層、氣體催化層和反浸 透膜層依次疊壓而成，①多孔碳層采用多孔碳作為平板基底主要起到輸送氫氣 和輸送電流的作用，它是由炭黑(BC)、活性炭顆粒(AC)、聚偏氟乙烯粉末(PVDF) 與造孔劑NaCl混合，熱壓成型，再洗滌去除造孔劑而得到；②氣體擴散層是氫 氣傳遞的通道，它由聚四氟乙烯(PTFE)、無水Na₂SO₄和乙炔黑攪拌均勻，加入 無水乙醇使混合物潤濕，加聚四氟乙烯乳液使Na₂SO₄溶解造孔，再碾軋成型； ③氣體催化層是實現陽極反應的區域，它由活性炭、乙炔黑、聚四氟乙烯和催 化劑混合均勻，加入無水乙醇使混合物潤濕，加聚四氟乙烯乳液使混合物攪拌 成團，再碾軋成型；④反浸透膜層的作用是傳遞H⁺，要求具有一定的機械強度、 抗酸堿腐蝕能力和抗氧化能力，因此它由無水Na₂SO₄和聚四氟乙烯混勻，加乙 醇攪拌成團，再碾軋成型。